Диссертация (1097947), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Кинетика состояний B 2 u , B3 g и C 3u важна с точки зрения оптической диагностикиазотосодержащей НТП.Рис.42.РасчетыФРЭЭвзависимости от значений приведенногоэлектрическогополяE/NприTv  X 1g  =300 К. Сплошные линии -результаты расчетов, выполненных сиспользованием вычислительных кодов,развитых в данной работе.

Точки результаты расчета ФРЭЭ: 1 - [772], 2,7- [619, 767,768], 3-6 - [766].Рис.43.зависимостиРасчетыФРЭЭотвзначенийколебательной температуры Tv  X 1g при E/N=30 Тд. Сплошные линии даннаяработа,точки-расчеты[767,768].Вдиссертации,уровневыекоэффициентыскоростейдляпрямыхпроцессовопределяются по найденной ФРЭЭ согласно выражению [23] и с использованием соотношенийдля уровневых сечений [189]. Соотношения являются справедливыми при условиях, что:вероятность перехода между колебательными уровнями разных электронных состоянийдвухатомной молекулы описываются в рамках принципа Франка-Кондона [274, 276, 283, 295,102302, 306, 328–330]; поступательная скорость электронов заметно превышает соответствующуюскорость движения тяжелых частиц. Вычисления сечения дезактивации по известнымзначениям сечений возбуждения основываются на принципе детального равновесия впредположении, что выполняется принцип микроскопической обратимости.

Коэффициентыскоростей обратных процессов вычисляются на основе соотношения [23]. Значения факторовФранко-Кондона взяты из [302, 306, 330, 740, 741] и составляют базу данных уровневойполуэмпирической СИМ.На рис. 42 приведены результаты расчета по уровневой полуэмпирической СИМ,развитой в диссертации, ФРЭЭ в зависимости от величины приведенного электрического поляE / N в разряде постоянного тока. Рис.43 демонстрирует результаты расчетов ФРЭЭ приE / N =30 Тд и Tv X 1g =300 К, 2113 К и 4095 К, соответственно.

Здесь же для сравненияпредставлены результаты расчетов ФРЭЭ в положительном столбе разряда постоянного тока,выполненных в [772, 619, 767,768, 766]. Как видно на рис.42 и 43 результаты расчета ФРЭЭ,полученные авторами, находятся в удовлетворительном согласии с результатами [772, 619,767,768, 766].Рис.44.рассчитанныеИзмеренныевданной(значки)диссертации[23,607]ипосредствомуровневой столкновительно - излучательной модели(сплошная линия) и в [772] (пунктирная линия) отношенияT / NпервогокоэффициентаТаунсендаTкконцентрации тяжелых частиц плазмообразующего газаN в молекулярном азоте в зависимости от E / N .Рис.45.

Измеренные (значки) [608] и рассчитанные (сплошные линии) в даннойдиссертации посредством уровневой столкновительно - излучательной модели константыскорости возбуждения метастабильного состояния A3u молекулы азота в зависимости отE/N.103Рис.46. Измеренные (значки) [607] и рассчитанные (сплошные линии) в даннойдиссертации посредством уровневой столкновительно - излучательной модели константыскорости возбуждения состояния C 3u молекулы азота в зависимости от E / N .Рис.47.

Измеренные (значки) [607,609] и рассчитанные в данной диссертациипосредством уровневой столкновительно излучательной модели (сплошные линии) ив [791] (штрихпунктирная линия) значенияDe / eиTeвмолекулярномазотезависимости от E / N .Рис.48.

Измеренные (значки) [23, 889,607] и рассчитанные (сплошная линии) вданной диссертации посредством уровневойстолкновительнодрейфовой-излучательнойскоростимоделиэлектроноввмолекулярном азоте в зависимости от E / N .На рис.44–46 приведены результаты расчёта по уровневой полуэмпирической СИМ,развитой в диссертации, и [772] величины T / N , констант скоростей возбуждения состоянийA3  u и C 3  u , а также их измерений [607, 608, 23, 609]. Рис.47 и 48 иллюстрируют результатырасчетов, выполненных в диссертации, и измерений [23, 889, 607, 609] дрейфовой скорости vdr ,температуры Te и характеристической энергии De/e электронов.

На рис.44 и 47, для сравнения,приведены результаты расчетов моментов ФРЭЭ авторами [791, 772]. Найденный вдиссертациисамосогласованныйнабортеоретические данные с экспериментальными.уровневыхсечений,позволяетсогласовать1041.3.2. Гомогенные и гетерогенные физико-химические процессыВажной составляющей уровневой полуэмпирической СИМ азотной НТП, развитой вдиссертации, является вычислительный модуль (рис. 1): для определения концентрацийнейтральных и заряженных частиц (электронов, атомов и молекул азота и их ионов); дляописания диффузии частиц из газового разряда с последующей гетерогенной релаксацииэнергии возбужденных частиц, рекомбинацией атомов и нейтрализации заряженных частиц настенках реактора; для исследования нагрева плазмообразующего газа.При решении уравнений баланса для концентраций возбужденных частиц в модели дляоптической диагностики, учитываются следующие компоненты: колебательно-возбужденныемолекулы азота N2( X 1 g ,v) в основном состоянии X 1 g (47 колебательных уровней v дограницы диссоциации); молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях A3u ( v A =0–13), B3 g ( vB =0–17), W 3u , B3u , C 3 u ( vC =0–4), E 3 g , D3u , a1u , a1 g , w1u и a1 g ;атомы азота в основном 4 S и метастабильных состояниях 2 P и 2 D ; атомарный ион N+ имолекулярные ионы N 2 (основное состояние X 2g и электронно-колебательные состоянияB 2u , vBi =0–4),N 3 и N 4 ; электроны e.

В отличие от существующих моделей расчетакомпонентного состава в азотной НТП, в модели, развитой в диссертации, существеннорасширена кинетическая схема процессов с участием тяжелых нейтральных и заряженныхчастиц (табл. 3). Процессы с участием электронов, нейтральных и ионизованных частицрассматриваются с детализацией по колебательным уровням основного и электронно возбужденных состояний. При составлении кинетической схемы азотной НТП, автордиссертации, придерживается точки зрения построения достаточно полной схемы, основываясьна доступных в литературе данных, для адекватного отражения физико-химических процессовв НТП, которые могут обуславливать формирование спектрального и компонентного составаизлучения газовых разрядов, ФРКУ нейтральных и ионизованных молекул в возбужденныхсостояниях, полученных в экспериментах. При формировании кинетической схемы особыйинтерес представляют столкновительно - излучательные процессы и химические реакции сучастием молекулы азота и иона молекулы азота на колебательных уровнях vC =0-4, vB =0-17,vBi =0-4 и vA  0-13 состояний C 3 u , B3 g , B 2u и A3u , соответственно.

Состояние A3uмолекулы азота есть верхнее состояние интеркомбинационного перехода системы ВегардаКаплана N2  3u , vA  X 1g , v  . Молекулы азота в метастабильном состоянии A3u играютважную роль в кинетике возбужденных нейтральных и заряженных частиц в азотной НТП.105Состояния C 3 u , B3 g и B 2u являются верхними излучающими состояниями электрическихдипольно-разрешенныхпереходоввторойположительнойсистемыазотаN2 C 3u , vC  B3 g , vB , первой положительной системы азота N2 B3 g , vB  A3u , vAипервой отрицательной системы иона молекулы азота N 2  B 2u , vBi  X 2g , v Xi  .

Они частоиспользуются для эмиссионной диагностики азотосодержащей НТП.Учет относительно большого количества столкновительно - излучательных процессов иреакций (см. таблица 3) по сравнению с другими моделями азотной НТП, представленными влитературе, на первый взгляд может показаться излишним. Действительно, как правило, моделистроятся для решения конкретных задач. Данный вычислительный модуль, используемый длярасчета концентраций возбужденных частиц, определяется объектами исследований вдиссертации: тлеющий и контрагированный разряды постоянного тока, импульсный тлеющийразряд, резонаторный и электродный СВЧ разряды, ВЧ разряд в азоте.

В данном подпараграфедиссертации главное внимание уделяется процессам с участием колебательно - возбужденныхмолекул азота N 2  X 1g , v  .Кинетика N 2  X 1g , v  занимает важное место в исследованиях газовых разрядов ипослесвечения в азоте при высокой степени колебательно-поступательной неравновесности(vib  N 2  >>1) [15, 37, 38, 63, 73, 115, 117, 130, 133, 137, 141, 144 – 146 , 158, 174, 175, 184, 185,188–190, 193, 197, 200, 206, 212, 657, 743, 744, 754–756, 758, 890, 891]. Колебательновозбужденные молекулы азота играют важную роль во многих физико-химических процессах вазотной НТП [15, 37, 38, 115, 130, 133, 137, 141, 145, 189, 193, 197, 206, 175, 651, 657, 743, 744,746, 754, 755, 756, 758, 892–931]: в явлениях аномального поглощения и дисперсииультразвуковых волн [137, 193, 892]; в процессах диссоциации и ионизации N 2  X 1g , v  ,энергообмена между N 2 X 1g , v и атомами азота N  4 S  при распространении ударных волн вгазе [137, 115, 130, 133, 141, 145, 189, 197, 893, 894], в газовых разрядах [37, 38, 175, 189, 193,197, 206, 657, 743, 744, 754–756, 758, 901, 914–929], в химических реакциях, селективноинициируемых лазерным излучением [175, 743] и плазмохимии верхних слоев атмосферы [133,141, 189, 193, 197, 651, 901]; в процессах переноса (диффузии, теплопроводности, излучения ит.д.) в неравновесном колебательно-возбужденном газе [15, 746, 902–913, 930, 931]; вэкзотермических и процессах разветвления цепных химических реакций [189, 197, 895–900]; вгетерогенных процессах [133, 141, 175, 188, 193, 819, 890, 891].Результаты исследований процессов VT - и VV - обмена колебательной энергией междумолекулами азота в приближении ангармонического осциллятора (процессы 1.0 и 2.0, таблица1063) приведены в [145, 197, 651, 744, 907, 914–917, 919–924, 925–929].

Показано, что в газовомразряде и послесвечении, при vib  N2   1, для корректного описания релаксации энергииколебательных степеней свободы молекулы азота в основном состоянии X 1g , необходимоиспользовать уровневую обобщенную кинетическую модель, описывающую изменение вовремени концентрации N2  X 1g , v  с разрешением по колебательным уровням v [197]. Этонеобходимо учитывать при рассмотрении неравновесной колебательной кинетики молекулазота в рамках СИМ азотной НТП как нульмерной, так и высокой размерностей.

Характеристики

Список файлов диссертации